JP2015123252A - Light measurement device for living body, ultrasonic diagnostic device and light measurement method for living body - Google Patents

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妙子 浦野
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暁 高山
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Tsutomu Nakanishi
務 中西
中村 健二
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健二 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve ultrasonic probe position guide in ultrasonic imaging utilizing light measurement for living body.SOLUTION: A light measurement device for living body includes a light irradiation unit, a plurality of light detection units, an image acquisition unit, and a calculation unit. The light irradiation unit is brought into contact with the surface of a living body and emits light to the surface substantially vertically. The plurality of light detection units are light detection units which are arranged at mutually different positions on the periphery of the light irradiation unit, at least one of which is inclined at a prescribed inclination angle with respect to the central axis of the light irradiation unit, and which detect the intensity of the light emitted from the light irradiation unit and diffused and reflected in the living body. The image acquisition unit acquires an image from detection means different from reflection light intensity distribution measurement of near infrared light with respect to the living body. The calculation unit calculates relative positions between the acquired image and light detection position from the signals of the plurality of light detection units and the image acquisition unit.

Description

本発明の実施形態は、特定波長成分を含む光を生体内に照射し、当該照射により生体内部に拡散反射した光を生体表面の複数の位置で検出することで、異常組織の位置等を非侵襲で正確に検知する生体光計測装置、生体光計測法及び当該生体検査法を利用する超音波診断装置に関する。   The embodiment of the present invention irradiates a living body with light containing a specific wavelength component, and detects the light diffusely reflected inside the living body by the irradiation at a plurality of positions on the living body surface, so that the position of the abnormal tissue or the like is not detected. The present invention relates to a living body light measuring device that accurately detects an invasion, a living body light measuring method, and an ultrasound diagnostic device that uses the living body inspection method.

生体内部を非侵襲に測定する技術にはさまざまな手法がある。その一つである光計測は、被爆の問題がなく、波長を選択することにより計測対象である化合物を選択できるという利点を有している。一般の生体光計測装置は光照射部を生体皮膚表面に押し当て経皮で生体内部に照射し、透過または反射してきた光が再び皮膚を透過して生体外に出射したものを計測し、これに基づいて種々の生体情報を計算する。光計測によって生体内部の異常組織の存在を判断する根底に、正常組織との光の吸収係数の違いがある。すなわち、生体内部において異常組織の吸収係数が異なるため、吸収量の差に応じた検出光量の差が生じる。つまり、検出光量から逆問題として解くと異常組織の吸収係数を求めることができ、求めた吸収係数から異常組織の性状を判別できる。また、計測した光により、計測位置、深さを解析する。この解析手法には、光照射部(以後光源と略す)と検出器の距離を調整するという手法(空間分解法)、および強度が時間的に変化する光源を用い、光が到達する時間の違いから深さ情報を得る手法(時間分解法)、さらにはこれらを組み合わせた方法などがある。これらの解析法により、高品質の信号を取得できる生体光計測装置が実現する。しかしながら、生体内の光による情報の画像化には空間分解能の低さに問題がある。さらに、反射光の検出結果から正しい位置情報を得るには数多くのデータを複雑なアルゴリズムで演算する必要があり、リアルタイムで判定できるものではない。   There are various techniques for measuring the inside of a living body non-invasively. Optical measurement, which is one of them, has the advantage that there is no problem of exposure and the compound to be measured can be selected by selecting the wavelength. A general biological light measurement device presses the light irradiation part against the surface of the living body skin and irradiates the inside of the living body through the skin, and measures the light transmitted or reflected again through the skin and emitted outside the living body. Various biological information is calculated based on the above. There is a difference in light absorption coefficient from normal tissue, which is the basis for determining the presence of abnormal tissue inside a living body by optical measurement. That is, since the absorption coefficient of the abnormal tissue is different inside the living body, a difference in the detected light amount according to the difference in absorption amount occurs. That is, by solving the detected light amount as an inverse problem, the absorption coefficient of the abnormal tissue can be obtained, and the property of the abnormal tissue can be determined from the obtained absorption coefficient. In addition, the measurement position and depth are analyzed using the measured light. This analysis method uses a method (spatial decomposition method) that adjusts the distance between the light irradiator (hereinafter abbreviated as the light source) and the detector, and a light source whose intensity changes with time, and the difference in the time that the light reaches There is a method for obtaining depth information from the time (time resolution method), and a method combining these. By these analysis methods, a biological light measurement device capable of acquiring a high-quality signal is realized. However, there is a problem in the low spatial resolution in the imaging of information by light in the living body. Furthermore, in order to obtain correct position information from the detection result of reflected light, it is necessary to calculate a large amount of data with a complicated algorithm, and it cannot be determined in real time.

生体光計測において、実現可能性が高いとされる応用に、乳がん検査が挙げられる(特許文献1参照)。しかし、上述したように光計測単独では分解能と解析時間に問題があるため、他のモダリティと併用して検査性能を向上させる方式が望ましい。そこで我々は、超音波エコーの形態情報を利用して光の低空間分解能を補うという方式を提案した(特許文献2参照)。この方式により、生体組織の中の形態的特徴と、形態的特徴部分の成分分布が従来よりも短時間で判別できることが期待されるものの、即時判定にはまだ改善の余地がある。   An example of an application that is highly feasible in biological light measurement is breast cancer testing (see Patent Document 1). However, as described above, since the optical measurement alone has problems in resolution and analysis time, a method for improving the inspection performance in combination with other modalities is desirable. Therefore, we have proposed a method of compensating for the low spatial resolution of light by using ultrasonic echo morphology information (see Patent Document 2). Although it is expected that the morphological feature in the living tissue and the component distribution of the morphological feature portion can be discriminated in a shorter time than before by this method, there is still room for improvement in the immediate judgment.

ところで、乳がんは女性の主な死亡原因のひとつである。乳がんのスクリーニングと早期診断は、死亡率を減少させ、健康管理の費用の抑制において非常に大きな価値を持つ。現在の方法では乳房の組織の触診と、疑わしい組織変形を探すためのX線撮影(マンモグラフィ)を行う。X線写真に疑わしい箇所があると、超音波撮像を行い、さらに外科的組織検査を行う。これらの一連の検査は最終的な結論に達するまでにかなりの時間を要する。また、閉経前の若年層においては乳腺が多くX線撮影においては感度が得にくいという問題もある。従って、特に若年層においては超音波撮像によるスクリーニングの意義は大きい。   By the way, breast cancer is one of the main causes of death in women. Breast cancer screening and early diagnosis have tremendous value in reducing mortality and reducing health care costs. Current methods include palpation of breast tissue and X-rays (mammography) to look for suspicious tissue deformations. If there is a suspicious part in the radiograph, an ultrasound image is taken and a surgical histology is performed. These series of tests take a considerable amount of time to reach a final conclusion. In addition, there is a problem in that the pre-menopausal young people have many mammary glands and it is difficult to obtain sensitivity in X-ray photography. Therefore, the screening by ultrasonic imaging is particularly significant for young people.

一般に、超音波撮像においては、認定された操作者による超音波静止画像の採取を行い、専門の読影者(複数の場合もある)によって画像上の形態情報から判定が下される。検診においては操作者の疲労と集中力低下による見落としの危険性を鑑み、一人の操作者によるスクリーニングは一日あたり最大でも50名が限度とされる。   In general, in ultrasonic imaging, an ultrasonic still image is collected by a certified operator, and judgment is made from morphological information on the image by a professional interpreter (in some cases). In view of the risk of oversight due to operator fatigue and reduced concentration, screening by a single operator is limited to a maximum of 50 people per day.

超音波画像の撮像において、形態的特徴を捉えた静止画像を採取するには操作者の知識と経験が非常に重要となる。的確かつ迅速なスクリーニングには、習熟度も要求される。例えば被験者一人あたりの検査時間は標準的に5分から10分であるが、操作者の技能によってはさらに時間がかかる場合もある。すなわち、現在の超音波撮像によるスクリーニングにおいては、操作者の熟練度によって画像採取の的確性がばらつく可能性がある。さらに画像採取に際しては常時画像の注視が必要な上、操作者単独の判断にゆだねられるため、熟練した操作者であってもその精神的負担は大きい。動画ですべての画像情報を採取する方式もあるが、この場合は読影者側の負担が大きくなる。   In taking an ultrasonic image, the knowledge and experience of the operator is very important for collecting a still image capturing morphological features. Proficiency is also required for accurate and rapid screening. For example, the inspection time per subject is typically 5 to 10 minutes, but it may take longer depending on the skill of the operator. That is, in the current screening by ultrasonic imaging, the accuracy of image collection may vary depending on the skill level of the operator. Furthermore, since it is always necessary to pay attention to the image when collecting images, and it is left to the judgment of the operator alone, even a skilled operator has a great mental burden. There is also a method of collecting all image information with moving images, but in this case, the burden on the interpreter increases.

この様な超音波画層診断での問題を解決するために、生体光計測で得られた生体の代謝情報により超音波プローブの測定位置を面方向で誘導し、技師の負担を軽減する方式が提案されている(特許文献3参照)。この様な方式により、超音波画像撮像において、従来に比して短時間かつ比較的容易に異常部位を検出・判別可能になっている。   In order to solve such problems in ultrasonic layer diagnosis, there is a method to reduce the burden on the engineer by guiding the measurement position of the ultrasonic probe in the surface direction based on the metabolic information of the living body obtained by living body light measurement. It has been proposed (see Patent Document 3). With such a method, it is possible to detect and discriminate abnormal sites in a short time and relatively easily in ultrasonic imaging.

特開2005−331292号公報JP 2005-331292 A 特開2007−020735号公報JP 2007-020735 A 特開2009−077931号公報JP 2009-079731 A 特開2009−168670号公報JP 2009-168670 A

しかしながら、従来の生体光計測法、及び当該手法を利用する生体光計測装置及び超音波画像撮像の超音波プローブ位置誘導については、依然として改善の余地がある。   However, there is still room for improvement in the conventional biological light measurement method, the biological light measurement apparatus using the method, and the ultrasonic probe position guidance for ultrasonic image capturing.

本実施形態に係る生体光計測装置は、光照射ユニット、複数の光検出ユニット、画像取得ユニット、算出ユニットを具備する。光照射ユニットは、生体の表面に接触され当該表面に略垂直に光を照射する。複数の光検出ユニットは、光照射ユニットの周囲の互いに異なる位置に配置され、少なくとも一つが光照射ユニットの中心軸に対して所定の傾斜角で傾斜する複数の光検出ユニットであって、それぞれ光照射ユニットから照射され前記生体内で拡散反射された光の強度を検出する。画像取得ユニットは、生体に対して近赤外光の反射光強度分布測定とは異なる検出手段から画像を取得する。算出ユニットは、複数の光検出ユニット及び画像取得ユニットの信号から、取得画像と光検出の位置との相対位置を算出する。   The biological light measurement device according to the present embodiment includes a light irradiation unit, a plurality of light detection units, an image acquisition unit, and a calculation unit. The light irradiation unit is in contact with the surface of the living body and irradiates light substantially perpendicularly on the surface. The plurality of light detection units are arranged at different positions around the light irradiation unit, and at least one of the plurality of light detection units is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the central axis of the light irradiation unit. The intensity of light emitted from the irradiation unit and diffusely reflected in the living body is detected. The image acquisition unit acquires an image from a detection means different from the reflected light intensity distribution measurement of near-infrared light with respect to the living body. The calculation unit calculates a relative position between the acquired image and the light detection position from the signals of the plurality of light detection units and the image acquisition unit.

図1は、光プローブ40、光計測処理ユニット42からなる生体光計測装置4のブロック構成図である。FIG. 1 is a block configuration diagram of a biological light measurement device 4 including an optical probe 40 and an optical measurement processing unit 42. 図2は、本実施形態に係る生体光計測装置4を組み込んだ超音波診断装置1のブロック構成図を示している。FIG. 2 shows a block configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 in which the biological light measurement apparatus 4 according to the present embodiment is incorporated. 図3は、テーパー構造を用いた導光部402の一例を示した側面図である。FIG. 3 is a side view showing an example of the light guide unit 402 using a tapered structure. 図4は、光照射部400、複数の光検出部401、導光部402の被検体表面における配置例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of the light irradiation unit 400, the plurality of light detection units 401, and the light guide unit 402 on the subject surface. 図5は、プローブPを被検体接触面側から見た図である。FIG. 5 is a diagram of the probe P viewed from the subject contact surface side. 図6は、本受光距離に応じた検出器の傾斜構造を用いた光照射部400と光検出部401との位置関係を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the positional relationship between the light irradiation unit 400 and the light detection unit 401 using the detector tilt structure according to the light reception distance. 図7は、本受光距離に応じた検出器の傾斜構造を有する光プローブ40の断面図の一例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of an optical probe 40 having a detector tilt structure according to the light receiving distance. 図8は、図7に示した光プローブ40のA−A断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical probe 40 shown in FIG. 図9は、本光プローブ40を用いたシミュレーションを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a simulation using the present optical probe 40. 図10は、シミュレーションによって得られた傾斜角θ、回転角φ毎の光強度(傾斜角θ=0として鉛直方向で測定した値に対する相対強度)の分布を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the distribution of the light intensity (relative intensity with respect to the value measured in the vertical direction with the inclination angle θ = 0) obtained for each inclination angle θ and rotation angle φ obtained by the simulation. 図11は、光プローブ40(図7、図8)を用いた測定によって得られた光強度のX軸方向の成分、Y軸方向の成分を示したグラフである。FIG. 11 is a graph showing the components in the X-axis direction and the Y-axis direction of the light intensity obtained by the measurement using the optical probe 40 (FIGS. 7 and 8). 図12(a)、図12(b)は、光プローブ40(図7、図8)を用いた測定によって得られた開き角ψに関するグラフを示した図である。FIGS. 12A and 12B are graphs showing the opening angle ψ obtained by the measurement using the optical probe 40 (FIGS. 7 and 8). 図13は、本生体光計測装置4を用いた超音波プローブの誘導処理のフローチャートを示している。FIG. 13 shows a flowchart of an ultrasonic probe guidance process using the living body light measurement apparatus 4.

本実施形態に係る生体光計測装置は、受光距離に応じた検出器の傾斜構造により、光検出部での受光光量或いは受光強度を飛躍的に向上させるものである。この様な本実施形態に係る導光機能は、生体光計測装置であれば、どの様なものであっても適用可能である。以下においては、説明を具体的にするため、超音波画像診断において用いられる生体光計測装置を例として説明する。また、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   The living body light measurement device according to the present embodiment dramatically improves the amount of received light or the intensity of light received by the light detection unit by means of an inclined structure of the detector according to the light receiving distance. Such a light guide function according to the present embodiment can be applied to any biological light measuring device. In the following, for the sake of specific explanation, a biological light measurement device used in ultrasonic image diagnosis will be described as an example. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be provided only when necessary.

図1は、光プローブ40、光計測処理ユニット42からなる生体光計測装置4のブロック構成図である。図2は、本実施形態に係る生体光計測装置4を組み込んだ超音波診断装置1のブロック構成図を示している。   FIG. 1 is a block configuration diagram of a biological light measurement device 4 including an optical probe 40 and an optical measurement processing unit 42. FIG. 2 shows a block configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 in which the biological light measurement apparatus 4 according to the present embodiment is incorporated.

生体光計測装置4は、光プローブ40及び光計測処理ユニット42と、超音波プローブ12の配置操作を支援するための支援情報を生成する支援情報生成ユニット44と、を具備している。なお、本実施形態においては、図2に示した様に、超音波診断装置1に組み込まれた(超音波診断装置1と一体構造となっている)生体光計測装置4について説明する。しかしながら、当該例に拘泥されず、生体光計測装置と超音波診断装置とを別体構造としてもよい。   The biological light measurement apparatus 4 includes an optical probe 40 and an optical measurement processing unit 42, and a support information generation unit 44 that generates support information for supporting the placement operation of the ultrasonic probe 12. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a description will be given of a biological light measurement device 4 incorporated in the ultrasonic diagnostic apparatus 1 (integrated with the ultrasonic diagnostic apparatus 1). However, without being limited to this example, the living body optical measurement device and the ultrasonic diagnostic device may have separate structures.

光プローブ40は、少なくとも一つの光照射部400、複数の光検出部401、光検出効率を向上させるための導光部402を有している。光照射部400は、光源420が発生する光(近赤外光)を被検体に向けて略垂直に照射する。光検出部401は、例えば光ファイバーの端部で構成された接触面を有し、当該接触面から光導波部を介して入力する被検体内からの反射光を光電変換する複数の検出素子からなる。検出素子としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子のほか、CCD、APD、光電子増倍管等を採用することができる。光照射部400の被検体との接触面には、光整合層を設けるようにしてもよい。   The optical probe 40 includes at least one light irradiation unit 400, a plurality of light detection units 401, and a light guide unit 402 for improving light detection efficiency. The light irradiation unit 400 irradiates light (near infrared light) generated by the light source 420 substantially vertically toward the subject. The light detection unit 401 has a contact surface composed of, for example, an end of an optical fiber, and includes a plurality of detection elements that photoelectrically convert reflected light from within the subject that is input from the contact surface via the optical waveguide unit. . As the detection element, for example, a CCD, an APD, a photomultiplier tube, or the like can be employed in addition to a light receiving element such as a photodiode or a phototransistor. An optical matching layer may be provided on the contact surface of the light irradiation unit 400 with the subject.

導光部402は、図3に示す様に各光検出部401と被検体表面との間に設けられ、被検体表面側の開口面積が光検出部401の検出面側の開口面積に比して大きくなる円錐状の構造(例えば、テーパー構造)を有している。導光部402は、光照射部400からの照射光に基づく被検体からの光を導光(或いは集光)し、各光検出部401における光検出効率を飛躍的に向上させる。導光部402の開口面積は、図3に示す様に定義される開き角ψに依存する。特に、本実施形態に係る生体光計測装置4は、後述するように、光照射部400による被検体内部への光入射位置から導光部402(及び当該導光部402が設けられた光検出部401)までの距離(受光距離)に応じて、開き角ψの異なる導光部402を有している。なお、光検出部401の検出面と導光部402との間に、光ファイバーを設けるようにしてもよい。係る場合、光ファイバーの導光部側の開口面積は、導光部の被検体の表面側の開口面積に比して小さくなるように形成される。   As shown in FIG. 3, the light guide unit 402 is provided between each light detection unit 401 and the subject surface, and the opening area on the subject surface side is larger than the opening area on the detection surface side of the light detection unit 401. And a conical structure (for example, a taper structure) that becomes larger. The light guide unit 402 guides (or condenses) light from the subject based on the irradiation light from the light irradiation unit 400, and dramatically improves the light detection efficiency in each light detection unit 401. The opening area of the light guide unit 402 depends on the opening angle ψ defined as shown in FIG. In particular, as will be described later, the biological light measurement device 4 according to the present embodiment detects the light guide unit 402 (and the light detection provided with the light guide unit 402 from the light incident position inside the subject by the light irradiation unit 400). The light guide 402 has different opening angles ψ depending on the distance (light receiving distance) to the portion 401). An optical fiber may be provided between the detection surface of the light detection unit 401 and the light guide unit 402. In such a case, the opening area on the light guide part side of the optical fiber is formed to be smaller than the opening area on the surface side of the subject of the light guide part.

図4は、光照射部400、複数の光検出部401、導光部402の被検体表面における配置例を示した図である。なお、同図において異常組織部分は、球状の吸収体として例示しているが、本実施形態の適用においては、当該例に拘泥されない。光照射部400から照射された光は被検体内で反射(散乱)を繰り返し、再び被検体外へ出射する。このように被検体外に出射する光は、被検体内において散乱を繰り返すため、その強度は入射光と比較して大幅に減衰し、その方向も分散することになる。そのため、例えばある一点から出射した光の強度は入射光と比較して大幅に減衰している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of the light irradiation unit 400, the plurality of light detection units 401, and the light guide unit 402 on the subject surface. In addition, although the abnormal tissue part is illustrated as a spherical absorber in the same figure, in the application of this embodiment, it is not restricted to the said example. The light emitted from the light irradiation unit 400 is repeatedly reflected (scattered) within the subject, and is emitted outside the subject again. Thus, since the light emitted outside the subject repeats scattering in the subject, the intensity is greatly attenuated compared to the incident light, and the direction is also dispersed. Therefore, for example, the intensity of light emitted from a certain point is greatly attenuated as compared with incident light.

生体光計測において異常組織部分の有無およびその性状を評価するためには、異常組織部分がある場合とない場合で出射した光の強度を比較する必要がある。さらに、超音波画像診断に利用する場合には、超音波撮像すべき位置の接近状態を検知して検者に教え、超音波プローブ(及び光プローブ40)を誘導していくためには、光プローブ40の走査に追随して検出した光強度が演算に耐えるSN比を持っている必要がある。本実施形態に係る生体光計測装置では、後述するように、導光部402により、従来に比してSN比を飛躍的に向上させることができる。   In order to evaluate the presence / absence and the nature of an abnormal tissue part in biological light measurement, it is necessary to compare the intensity of the emitted light with and without the abnormal tissue part. Furthermore, in the case of using for ultrasonic image diagnosis, in order to detect the approach state of the position to be ultrasonically picked up and teach the examiner and to guide the ultrasonic probe (and the optical probe 40), light The light intensity detected following the scanning of the probe 40 needs to have an SN ratio that can withstand the calculation. In the biological light measurement device according to the present embodiment, the SN ratio can be dramatically improved by the light guide unit 402 as will be described later.

光計測処理ユニット42は、光源420、光信号制御部422、光解析部424、演算回路426を有している。光源420は、生体内吸収が小さい波長の光(例えば、生体の窓と呼ばれる波長帯である600nm〜1000nmの範囲の光)、異常部位で吸収量が増す特定波長の光(例えば、生体の窓と呼ばれる波長帯範囲にあり血液中のヘモグロビンが吸収する750〜850nmの波長範囲の光)を発生する半導体レーザ、発光ダイオード、固体レーザ、ガスレーザなどの発光素子等である。光源420において発生した光は、光ファイバーや薄膜光導波路で構成される光導波部を介して(或いは直接空間の伝播を介して)、光照射部400に供給される。なお、光源420は、光照射部400と一体に構成してもよい。   The optical measurement processing unit 42 includes a light source 420, an optical signal control unit 422, an optical analysis unit 424, and an arithmetic circuit 426. The light source 420 is light having a wavelength with small absorption in the living body (for example, light in the range of 600 nm to 1000 nm, which is a wavelength band called a living body window), and light having a specific wavelength that increases absorption at an abnormal site (for example, a living body window). A light emitting element such as a semiconductor laser, a light emitting diode, a solid-state laser, a gas laser, or the like that emits light in a wavelength range of 750 to 850 nm that is in a wavelength band range called “hemoglobin in blood”. The light generated in the light source 420 is supplied to the light irradiating unit 400 via an optical waveguide unit composed of an optical fiber or a thin film optical waveguide (or directly through propagation in space). The light source 420 may be integrated with the light irradiation unit 400.

光信号制御部422は、生体光計測装置4を動的又は静的に制御する。例えば、光信号制御部422は、超音波診断装置1の制御プロセッサ31の制御のもと、所定のタイミング、周波数、強度、強度変動周期Tで光照射部400から光が照射されるように、光源420を制御する。また、光信号制御部422は、所定のタイミングで光解析処理が実行されるように、光解析部424を制御する。   The optical signal control unit 422 controls the biological light measurement device 4 dynamically or statically. For example, the optical signal control unit 422 is irradiated with light from the light irradiation unit 400 at a predetermined timing, frequency, intensity, and intensity fluctuation period T under the control of the control processor 31 of the ultrasonic diagnostic apparatus 1. The light source 420 is controlled. Further, the optical signal control unit 422 controls the optical analysis unit 424 so that the optical analysis processing is executed at a predetermined timing.

光解析部424は、光検出部401から入力したアナログ信号を増幅した後、ディジタル信号に変換する。さらに、光解析部424は、光検出部401間での検出光の強度変化を解析する。   The light analysis unit 424 amplifies the analog signal input from the light detection unit 401 and converts it to a digital signal. Further, the light analysis unit 424 analyzes the change in the intensity of the detection light between the light detection units 401.

演算回路426は、光検出部401間での検出光の強度変化に基づいて、超音波プローブ12と被検体表面との密着度、被検体内において所定の光吸収係数を示す異常部位(例えば、特定波長を正常組織に比して多く吸収する部位)の被検体の表面からの深さ、所定の位置(例えば光照射部400、超音波送受信面120の中心等)を基準とする異常部位の三次元的位置及び距離を計算する。演算回路426における計算結果は、支援情報生成ユニット44に送り出される。   The arithmetic circuit 426 is based on the change in the intensity of the detection light between the light detection units 401, the degree of adhesion between the ultrasonic probe 12 and the subject surface, and an abnormal part that shows a predetermined light absorption coefficient in the subject (for example, The depth of the object from the surface of the subject (the part that absorbs a specific wavelength more than the normal tissue), and the abnormal part with reference to a predetermined position (for example, the center of the light irradiation unit 400, the ultrasound transmitting / receiving surface 120, etc.) Calculate 3D position and distance. The calculation result in the arithmetic circuit 426 is sent to the support information generation unit 44.

支援情報生成ユニット44は、超音波プローブ12の送受信面を被検体に密着させるために、演算回路42の判定結果及び計算結果に基づいて、超音波プローブ12の位置、姿勢、向き等を指示・誘導する支援情報を生成する。生成された支援情報は所定の形態で表示される。   The support information generation unit 44 indicates the position, posture, orientation, etc. of the ultrasonic probe 12 based on the determination result and calculation result of the arithmetic circuit 42 in order to bring the transmission / reception surface of the ultrasonic probe 12 into close contact with the subject. Generate support information to guide. The generated support information is displayed in a predetermined form.

次に、超音波診断装置1について説明する。超音波診断装置1は、図2に示した様に、超音波プローブ12、入力装置13、モニター14、超音波送信ユニット21、超音波受信ユニット22、Bモード処理ユニット23、ドプラ処理ユニット24、RAWデータメモリ25、ボリュームデータ生成ユニット26、画像処理ユニット28、表示処理ユニット30、制御プロセッサ(CPU)31、記憶ユニット32、インターフェースユニット33を具備している。   Next, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 will be described. As shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an ultrasonic probe 12, an input device 13, a monitor 14, an ultrasonic transmission unit 21, an ultrasonic reception unit 22, a B-mode processing unit 23, a Doppler processing unit 24, A RAW data memory 25, a volume data generation unit 26, an image processing unit 28, a display processing unit 30, a control processor (CPU) 31, a storage unit 32, and an interface unit 33 are provided.

超音波プローブ12は、光プローブ40と共にプローブPを構成する。超音波プローブ12は、生体を典型例とする被検体に対して超音波を送信し、当該送信した超音波に基づく被検体からの反射波を受信するデバイス(探触子)であり、その先端に複数に配列された圧電振動子、整合層、バッキング材等を有している。当該超音波プローブ12の超音波送受信面の近傍には、例えば図5に例示するように、生体光計測装置4の光照射部400、複数の光検出部401が所定の形態で配列される。入力装置13は、装置本体11に接続され、超音波診断装置1、生体光計測装置を操作するための各種指示をとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。モニター14は、生体内の形態学的情報や、血流情報、支援情報生成ユニット44において生成された支援情報を、所定の形態で表示する。   The ultrasonic probe 12 constitutes a probe P together with the optical probe 40. The ultrasonic probe 12 is a device (probe) that transmits ultrasonic waves to a subject whose typical example is a living body, and receives reflected waves from the subject based on the transmitted ultrasonic waves. A plurality of piezoelectric vibrators, matching layers, backing materials, and the like. In the vicinity of the ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic probe 12, for example, as illustrated in FIG. 5, the light irradiation unit 400 and the plurality of light detection units 401 of the biological light measurement device 4 are arranged in a predetermined form. The input device 13 is connected to the device body 11 and includes various switches, buttons, a trackball, a mouse, a keyboard, and the like for capturing various instructions for operating the ultrasonic diagnostic device 1 and the biological light measurement device. . The monitor 14 displays morphological information in the living body, blood flow information, and support information generated by the support information generation unit 44 in a predetermined form.

超音波送信ユニット21は、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、送信超音波を形成するためのトリガパルスを発生し、所定の遅延時間を与えた後、プローブ12に駆動パルスを印加する。超音波受信ユニット22は、プローブ12を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅し、A/D変換器した後、必要な遅延時間を与え加算処理を行う。Bモード処理ユニット23は、受信ユニット22からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。ドプラ処理ユニット24は、受信ユニット22から受け取ったエコー信号から血流信号を抽出し、血流データ(平均速度、分散、パワー等の血流情報)を生成する。   The ultrasonic transmission unit 21 generates a trigger pulse for forming a transmission ultrasonic wave at a predetermined rate frequency fr Hz (cycle: 1 / fr second), gives a predetermined delay time, and then drives the probe 12. Apply a pulse. The ultrasonic receiving unit 22 amplifies the echo signal captured via the probe 12 for each channel, performs an A / D converter, and then performs an addition process by giving a necessary delay time. The B-mode processing unit 23 receives the echo signal from the receiving unit 22, performs logarithmic amplification, envelope detection processing, and the like, and generates data in which the signal intensity is expressed by brightness. The Doppler processing unit 24 extracts a blood flow signal from the echo signal received from the receiving unit 22 and generates blood flow data (blood flow information such as average velocity, dispersion, power, etc.).

RAWデータメモリ25は、Bモード処理ユニット23、ドプラ処理ユニット24から受け取った複数のBモードデータを用いてRAWデータを生成する。ボリュームデータ生成ユニット26は、空間的な位置情報を加味した補間処理を含むRAW−ボクセル変換を実行することにより、Bモードボリュームデータ、血流ボリュームデータを生成する。画像処理ユニット28は、ボリュームデータ生成ユニット26から受け取るボリュームデータに対して、ボリュームレンダリング、多断面変換表示(MPR:multi planar reconstruction)、最大値投影表示(MIP:maximum intensity projection)等の所定の画像処理を行う。表示処理ユニット30は、画像処理ユニット28において生成・処理された各種画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度(ブライトネス)、コントラスト、γカーブ補正、RGB変換等の各種を実行する。制御プロセッサ31は、情報処理装置(計算機)としての機能を持ち、各構成要素の動作を制御する。記憶ユニット32は、専用プログラム、撮像されたボリュームデータ、診断情報(患者ID、医師の所見等)、診断プロトコル、送受信条件、撮像画像、その他のデータ群を記憶する。   The RAW data memory 25 generates RAW data using a plurality of B mode data received from the B mode processing unit 23 and the Doppler processing unit 24. The volume data generation unit 26 generates B-mode volume data and blood flow volume data by executing RAW-voxel conversion including interpolation processing that takes into account spatial position information. The image processing unit 28 performs predetermined images such as volume rendering, multi-planar reconstruction display (MPR), maximum value projection display (MIP) on the volume data received from the volume data generation unit 26. Process. The display processing unit 30 executes various types such as dynamic range, brightness (brightness), contrast, γ curve correction, and RGB conversion on various image data generated and processed by the image processing unit 28. The control processor 31 has a function as an information processing apparatus (computer) and controls the operation of each component. The storage unit 32 stores a dedicated program, captured volume data, diagnostic information (patient ID, doctor's findings, etc.), diagnostic protocol, transmission / reception conditions, captured image, and other data groups.

インターフェースユニット33は、入力装置13、ネットワーク、新たな外部記憶装置(図示せず)に関するインターフェースである。また、インターフェースユニット33を介して、外付けの生体光計測装置を本超音波診断装置本体11に接続することも可能である。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インターフェースユニット33よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。   The interface unit 33 is an interface related to the input device 13, a network, and a new external storage device (not shown). It is also possible to connect an external biological light measurement device to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 11 via the interface unit 33. Data such as ultrasonic images and analysis results obtained by the apparatus can be transferred by the interface unit 33 to another apparatus via a network.

(受光距離に応じた検出器の傾斜構造)
次に、本生体光計測装置4が有する受光距離に応じた検出器の傾斜構造について説明する。本構造は、光照射部400の中心軸(或いは光照射部400から照射される光の光軸)と各検出器401の中心軸とのなす角(傾斜角θ)を、受光距離R(光照射部400による被検体内部への光入射位置から各光検出部401までの距離)に応じて、検出器401毎に個別に設定するものである。
(Inclined detector structure according to the light receiving distance)
Next, the inclination structure of the detector according to the light receiving distance of the biological light measurement device 4 will be described. In this structure, the angle (inclination angle θ) formed by the center axis of the light irradiation unit 400 (or the optical axis of light emitted from the light irradiation unit 400) and the center axis of each detector 401 is expressed as a light receiving distance R (light This is set individually for each detector 401 in accordance with the distance from the light incident position inside the subject by the irradiation unit 400 to each light detection unit 401.

図6は、本受光距離に応じた検出器の傾斜構造を用いた光照射部400と光検出部401との位置関係を説明するための図である。図6に示す様に、各光検出部401は、光照射部400からの受光距離Rに応じて、検出器401の中心軸が光照射部400の中心軸に対して傾斜角θだけ傾くように設けられている。ここで、傾斜角θは0度以上90度未満の値を取るものであり、例えば傾斜角θ=0度の場合には、検出器401の中心軸は光照射部400の中心軸と実施的に平行となるように設けられる。測定に用いる光の波長にも依存するが、生体の窓と呼ばれる波長帯(例えば765nm)を有する光を入射光として用いる場合、受光距離Rが5mm以内である検出部401の傾斜角θ=0度とし、受光距離Rが5mmより大きな検出部401の傾斜角θについては、例えば0度より大きく90度未満の値に設定するといった具合に、傾斜角θは、受光距離Rに応じて個別に設けられる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the positional relationship between the light irradiation unit 400 and the light detection unit 401 using the detector tilt structure according to the light reception distance. As shown in FIG. 6, in each light detection unit 401, the central axis of the detector 401 is inclined with respect to the central axis of the light irradiation unit 400 by an inclination angle θ according to the light receiving distance R from the light irradiation unit 400. Is provided. Here, the inclination angle θ takes a value of 0 degree or more and less than 90 degrees. For example, when the inclination angle θ = 0 degree, the central axis of the detector 401 is substantially equal to the central axis of the light irradiation unit 400. It is provided so that it may become parallel to. Although depending on the wavelength of light used for measurement, when light having a wavelength band (for example, 765 nm) called a biological window is used as incident light, the inclination angle θ = 0 of the detection unit 401 having a light receiving distance R of 5 mm or less. The inclination angle θ of the detection unit 401 having a light reception distance R greater than 5 mm is set to a value greater than 0 degree and less than 90 degrees, for example, and the inclination angle θ is individually set according to the light reception distance R. Provided.

図7は、発明者らが試作した、本受光距離に応じた検出器の傾斜構造を有する光プローブ40の断面図の一例を示した図である。また、図8は、図7に示した光プローブ40のA−A断面図である。図7、図8に示す様に、光プローブ40は、複数のガイド孔400h、光検出器ガイドブロック401gを有している。複数のガイド孔400hは、図7に示す様に、光検出器ガイドブロック401gを中心として同心円の円周上に、所定の間隔で配置されている。光検出器ガイドブロック401gは、図8に示す様に、傾斜角θが例えば15度刻みで異なる複数の光検出器ガイド孔401hが設けられた半球状(ドーム状)の筐体を有している。本光プローブ40によれば、光入射部400の入射ファイバーを差し込むガイド孔400hを変えることで、光入射部400と光検出器ガイドブロック401gとの間の距離(すなわち、受光距離)を調整することができ、また、光検出器401の受光ファイバーを差し込むガイド孔401hを変えることで、光入射部400の中心軸と光検出器401の中心軸がなす角(すなわち、傾斜角θ)を調整することができる。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of an optical probe 40 having a detector tilt structure according to the light receiving distance, which was experimentally manufactured by the inventors. FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical probe 40 shown in FIG. As shown in FIGS. 7 and 8, the optical probe 40 has a plurality of guide holes 400h and a photodetector guide block 401g. As shown in FIG. 7, the plurality of guide holes 400h are arranged at predetermined intervals on the circumference of a concentric circle with the photodetector guide block 401g as the center. As shown in FIG. 8, the photodetector guide block 401g has a hemispherical (dome-shaped) housing provided with a plurality of photodetector guide holes 401h having different inclination angles θ, for example, in increments of 15 degrees. Yes. According to the present optical probe 40, the distance (that is, the light receiving distance) between the light incident part 400 and the photodetector guide block 401g is adjusted by changing the guide hole 400h into which the incident fiber of the light incident part 400 is inserted. In addition, by changing the guide hole 401h into which the receiving optical fiber of the light detector 401 is inserted, the angle formed by the central axis of the light incident part 400 and the central axis of the light detector 401 (that is, the inclination angle θ) is adjusted. can do.

本発明者らは、受光距離に応じた好適な傾斜角θを求めるため、本光プローブ40を用いて、次の様なシミュレーションを行った。すなわち、図9に示す様に、受光距離R=10mmとし、受光ファイバーを差し込むガイド孔401hを変えることで傾斜角θを15度刻みで−60度から+60度まで変化させ、且つ、光検出器401の中心と光照射部400の中心を結ぶ直線(図9ではX軸)の延長線と、光検出器401の中心軸を生体表面に射影した直線Pが成す回転角φを同じく15度刻みで−60度から+60度まで変化させて、検出器401において検出される光強度を測定する実験を行った。また、この測定に対応するモンテカルロシミュレーションを行った。シミュレーションでは、傾斜角θを−90度から+90度まで変化させた。なお、入射光(765nm)はサンプル表面に対して鉛直に入射させ、反射光強度は入射位置から10mm離れた位置で測定した。サンプルは樹脂に散乱剤と色素を分散させて固化させ、散乱係数と吸収係数を生体と合致させた。   The present inventors performed the following simulation using the optical probe 40 in order to obtain a suitable inclination angle θ according to the light receiving distance. That is, as shown in FIG. 9, the light receiving distance R = 10 mm, and the guide hole 401h into which the receiving optical fiber is inserted is changed to change the inclination angle θ from −60 degrees to +60 degrees in steps of 15 degrees. The rotation angle φ formed by the extension line of the straight line connecting the center of 401 and the center of the light irradiation unit 400 (X axis in FIG. 9) and the straight line P projecting the central axis of the light detector 401 onto the living body surface is also incremented by 15 degrees. The experiment was conducted to measure the light intensity detected by the detector 401 by changing from −60 degrees to +60 degrees. In addition, a Monte Carlo simulation corresponding to this measurement was performed. In the simulation, the inclination angle θ was changed from −90 degrees to +90 degrees. Incident light (765 nm) was incident vertically on the sample surface, and the reflected light intensity was measured at a position 10 mm away from the incident position. In the sample, a scattering agent and a pigment were dispersed in a resin and solidified, and the scattering coefficient and the absorption coefficient were matched with those of a living body.

図10は、上記シミュレーションによって得られた傾斜角θ、回転角φ毎の光強度(傾斜角θ=0として鉛直方向で測定した値に対する相対強度)の分布を示した図である。また、図11は、上記実験によって得られた光強度のX軸方向の成分、Y軸方向の成分を示したグラフである。図11から、傾斜角θ=0度の場合の検出光の強度に対し、傾斜角θ=15度の場合に検出光が最大であり、有意に大きくなっていることを見出すことができる。傾斜角0度と比較して信号を増大させる効果を示す角度範囲を正しく決めるために、図10から、傾斜角θ=0度の場合の検出光の強度に対し、十分に大きな強度の光を検出できる傾斜角θの範囲は、例えば10度から40度の範囲であり、特に15度から35度の範囲での増大効果が大きいことを確認することができる。   FIG. 10 is a diagram showing a distribution of light intensity (relative intensity with respect to a value measured in the vertical direction with the inclination angle θ = 0) obtained for each inclination angle θ and rotation angle φ obtained by the simulation. FIG. 11 is a graph showing the components in the X-axis direction and the Y-axis direction of the light intensity obtained by the above experiment. From FIG. 11, it can be found that the detected light is the maximum when the inclination angle θ is 15 degrees and is significantly larger than the intensity of the detection light when the inclination angle θ is 0 degrees. In order to correctly determine the angle range showing the effect of increasing the signal as compared with the tilt angle of 0 degree, from FIG. 10, light having a sufficiently large intensity with respect to the intensity of the detected light in the case of the tilt angle θ = 0 degree is obtained. The range of the inclination angle θ that can be detected is, for example, in the range of 10 degrees to 40 degrees, and it can be confirmed that the increase effect is particularly large in the range of 15 degrees to 35 degrees.

また、本生体光計測装置4は、本実施形態に係る生体光計測装置4は、受光距離に応じて開き角ψの異なる導光部402を有している。本発明者らは、受光距離毎に導光部402の好適な開き角ψを求めるため、受光距離を30mmとした場合及び受光距離を34mmとした場合とで、それぞれ傾斜角θと検出光強度との関係を、導光部402の開き角ψ=10度、20度、30度毎に図6に示す光学プローブ40を用いた測定を行った。   In addition, the biological light measurement device 4 according to the present embodiment includes the light guide unit 402 having different opening angles ψ according to the light receiving distance. In order to obtain a suitable opening angle ψ of the light guide unit 402 for each light receiving distance, the inventors of the present invention have an inclination angle θ and a detected light intensity when the light receiving distance is 30 mm and when the light receiving distance is 34 mm, respectively. The measurement using the optical probe 40 shown in FIG. 6 was performed for each of the opening angles ψ = 10 degrees, 20 degrees, and 30 degrees of the light guide unit 402.

図12(a)、図12(b)は、上記測定によって得られたグラフを示した図である。図12(a)、図12(b)からわかるように、受光距離が30mmの場合と34mmの場合の両方で開き角ψ=20度の場合に、検出光の強度は最大となった。またこのような導光部402による導光効率の増大効果は、開き角ψが10度から30度の範囲で確認された。   FIG. 12A and FIG. 12B are graphs showing the graphs obtained by the above measurement. As can be seen from FIGS. 12 (a) and 12 (b), the intensity of the detected light is maximized when the opening angle ψ = 20 degrees in both cases where the light receiving distance is 30 mm and 34 mm. In addition, such an effect of increasing the light guide efficiency by the light guide unit 402 was confirmed when the opening angle ψ was in the range of 10 degrees to 30 degrees.

なお、本実施形態では、導光部402を、全ての光検出部401に設ける構成を例示している。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、当該導光部402による導光効果が特に顕著に得られる所定範囲(例えば、複数の光検出部のうち、光照射部との間の距離が5mm以上)にある光検出部401について、導光部402を設けるようにしてもよい。   In the present embodiment, a configuration in which the light guide unit 402 is provided in all the light detection units 401 is illustrated. However, without being limited to the example, for example, a predetermined range in which the light guide effect by the light guide unit 402 is particularly noticeable (for example, a distance between the light irradiation unit of the plurality of light detection units is 5 mm or more) A light guide unit 402 may be provided for the light detection unit 401 in FIG.

次に、本実施形態に係る本生体光計測装置4を用いた超音波プローブの誘導処理について説明する。図13は、本生体光計測装置4を用いた超音波プローブの誘導処理のフローチャートを示している。同図に示す様に、光照射部400から生体表面に略垂直に光が照射されると(ステップS1)、生体内で拡散反射された光が、受光距離に応じて開き角ψが異なる複数の導光部402によって導光されつつ、個別の傾斜角θを有する複数の光検出器401によって検出される(ステップS2)。光解析部424は、検出された光信号(アナログ信号)を増幅した後、ディジタル信号に変換し、光検出部401間での検出光の強度変化を解析する(ステップS3)。演算回路426は、光検出部401間での検出光の強度変化に基づいて、超音波プローブ12と被検体表面との密着度、被検体内において所定の光吸収係数を示す異常部位の被検体の表面からの深さ、所定の位置を基準とする異常部位の位置及び距離を計算する(ステップS4)。   Next, an ultrasonic probe guidance process using the biological light measurement device 4 according to the present embodiment will be described. FIG. 13 shows a flowchart of an ultrasonic probe guidance process using the living body light measurement apparatus 4. As shown in the figure, when light is irradiated from the light irradiation unit 400 substantially perpendicularly on the surface of the living body (step S1), the light diffusely reflected in the living body has a plurality of different opening angles ψ depending on the light receiving distance. Are detected by a plurality of photodetectors 401 having individual inclination angles θ while being guided by the light guide unit 402 (step S2). The optical analysis unit 424 amplifies the detected optical signal (analog signal), converts it to a digital signal, and analyzes the change in the intensity of the detected light between the optical detection units 401 (step S3). The arithmetic circuit 426 is based on the change in the intensity of the detection light between the light detection units 401, the degree of adhesion between the ultrasonic probe 12 and the subject surface, and a subject at an abnormal site that shows a predetermined light absorption coefficient in the subject. The depth from the surface and the position and distance of the abnormal part with the predetermined position as a reference are calculated (step S4).

支援情報生成ユニット44は、超音波プローブ12の送受信面を被検体に密着させるために、演算回路42の判定結果及び計算結果に基づいて、超音波プローブ12の位置、姿勢、向き等を指示・誘導する支援情報を生成する(ステップS5)。生成された支援情報は所定の形態でモニター14に表示される(ステップS6)。   The support information generation unit 44 indicates the position, posture, orientation, etc. of the ultrasonic probe 12 based on the determination result and calculation result of the arithmetic circuit 42 in order to bring the transmission / reception surface of the ultrasonic probe 12 into close contact with the subject. Support information to be guided is generated (step S5). The generated support information is displayed on the monitor 14 in a predetermined form (step S6).

(変形例)
上記実施形態においては、各光検出器401の傾斜角θ及び各導光部402の開き角ψは、受光距離に応じて固定されている。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、必要に応じて、傾斜角θや開き角ψを自在に調整可能な移動機構を設けるようにしてもよい。
(Modification)
In the embodiment, the inclination angle θ of each photodetector 401 and the opening angle ψ of each light guide unit 402 are fixed according to the light receiving distance. However, the present invention is not limited to this example. For example, a moving mechanism that can freely adjust the inclination angle θ and the opening angle ψ may be provided as necessary.

以上述べた生体光計測装置によれば、光照射部の中心軸と各検出器の中心軸とのなす角である傾斜角θを、受光距離Rに応じて、検出器401毎に個別に設定する。また、検出器と被検体表面との間に設けられたテーパー構造を有する導光部の開き角ψについても、受光距離Rに応じて、検出器401毎に個別に設定する。当該構成によれば、生体の光散乱特定では、生体内からの出射光は完全拡散光でないことから、従来に比して、被検体内において散乱を繰り返し当該被検体外に出射する光を高い効率にて集めることができる。従って、従来に比して高いS/N比で生体光計測を実行し、被検体内部の疑わしい組織の存在を判定し提示することができる。本実施形態に係る生体光計測装置を用いて超音波プローブの位置を誘導する場合には、疑わしい組織の接近状態をより正確に検知し提示することができ、操作者の習熟度による超音波画像診断の質のばらつきを軽減することが可能となる。   According to the biological light measuring apparatus described above, the inclination angle θ, which is an angle formed by the central axis of the light irradiation unit and the central axis of each detector, is individually set for each detector 401 according to the light receiving distance R. To do. Further, the opening angle ψ of the light guide having a tapered structure provided between the detector and the subject surface is also set individually for each detector 401 according to the light receiving distance R. According to this configuration, since the emitted light from the living body is not completely diffused light in the light scattering specification of the living body, the light that is repeatedly scattered inside the subject and emitted outside the subject is higher than before. It can be collected with efficiency. Therefore, biological light measurement can be executed at a higher S / N ratio than before, and the presence of a suspicious tissue inside the subject can be determined and presented. When the position of the ultrasonic probe is guided using the biological optical measurement device according to the present embodiment, the approach state of the suspicious tissue can be detected and presented more accurately, and an ultrasonic image based on the proficiency level of the operator It is possible to reduce the variation in the quality of diagnosis.

なお、従来の生体光検出装置として、例えば国際公開WO2006/132218号公報に開示されているものがある。この生体光検出装置は、被検体からの光をもれなく受光するために導波路の開口面積を生体側と検出器側で異なった構造とし、生体側を大きくするという機能を有するが、被検体内に光を照射することなく、当該被検体内から自然に発生する光を検出するものである。一方、本実施形態に係る生体光計測装置4は、受光距離(被検体内に照射する光の入射位置と、当該被検体内を伝播し体外に出射する光の出射位置との間の距離)によってこの導光体の効果が異なり、有効な直径も異なるという新しい実験事実に基づくものである。そのため、本実施形態に係る生体光検出装置4は、従来の生体光検出装置が実現できない、著しい技術的効果を達成するものとなっている。   In addition, as a conventional biological light detection device, for example, there is one disclosed in International Publication No. WO2006 / 132218. This living body light detection device has a function of making the opening area of the waveguide different between the living body side and the detector side in order to receive all the light from the subject and making the living body side larger. The light naturally generated from within the subject is detected without irradiating the light. On the other hand, the biological light measurement apparatus 4 according to the present embodiment has a light receiving distance (a distance between an incident position of light irradiated inside the subject and an output position of light propagating through the subject and emitted outside the body). This is based on a new experimental fact that the effect of this light guide is different and the effective diameter is also different. Therefore, the biological light detection device 4 according to the present embodiment achieves a remarkable technical effect that cannot be realized by a conventional biological light detection device.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…超音波診断装置、11…装置本体、12…超音波プローブ、13…入力装置、14…モニター、21…超音波送信ユニット、22…超音波受信ユニット、23…Bモード処理ユニット、24…ドプラ処理ユニット、25…RAWデータメモリ、26…ボリュームデータ生成ユニット、28…画像処理ユニット、30…表示処理ユニット、31…制御プロセッサ(CPU)、32…記憶ユニット、33…インターフェースユニット、40…光プローブ、42…光計測処理ユニット、44…支援情報生成ユニット、400…光照射部400…光検出部、402…導光部、420…光源420、422…光信号制御部、424…光解析部、426…演算回路、P…プローブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic diagnostic apparatus, 11 ... Apparatus main body, 12 ... Ultrasonic probe, 13 ... Input device, 14 ... Monitor, 21 ... Ultrasonic transmission unit, 22 ... Ultrasonic reception unit, 23 ... B mode processing unit, 24 ... Doppler processing unit, 25 ... RAW data memory, 26 ... volume data generation unit, 28 ... image processing unit, 30 ... display processing unit, 31 ... control processor (CPU), 32 ... storage unit, 33 ... interface unit, 40 ... light Probe ... 42 Optical measurement processing unit 44 ... Support information generation unit 400 ... Light irradiation unit 400 ... Light detection unit 402 ... Light guide unit 420 ... Light source 420, 422 ... Optical signal control unit 424 ... Optical analysis unit 426: arithmetic circuit, P: probe

Claims (9)

生体の表面に接触され当該表面に略垂直に光を照射する光照射ユニットと、
前記光照射ユニットの周囲の互いに異なる位置に配置され、少なくとも一つが前記光照射ユニットの中心軸に対して所定の傾斜角で傾斜する複数の光検出ユニットであって、それぞれ前記光照射ユニットから照射され前記生体内で拡散反射された光の強度を検出する複数の光検出ユニットと、
前記生体に対して前記近赤外光の反射光強度分布測定とは異なる検出手段から画像を取得する画像取得ユニットと、
前記複数の光検出ユニット及び画像取得ユニットの信号から、前記取得画像と前記光検出の位置との相対位置を算出する算出ユニットと、
を具備することを特徴とする生体光計測装置。
A light irradiation unit that is in contact with the surface of the living body and irradiates light substantially perpendicularly on the surface;
A plurality of light detection units arranged at different positions around the light irradiation unit, at least one of which is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the central axis of the light irradiation unit, each irradiated from the light irradiation unit A plurality of light detection units for detecting the intensity of light diffusely reflected in the living body;
An image acquisition unit for acquiring an image from a detection means different from the reflected light intensity distribution measurement of the near-infrared light for the living body;
A calculation unit for calculating a relative position between the acquired image and the position of the light detection from signals of the plurality of light detection units and the image acquisition unit;
A biological light measurement device comprising:
前記光照射ユニットの中心軸に対して傾斜する少なくとも一つの光検出ユニットは、前記光照射ユニットからの距離が5mm以上の光検出ユニットであることを特徴とする請求項1項記載の生体光計測装置。   The biological light measurement according to claim 1, wherein at least one light detection unit inclined with respect to a central axis of the light irradiation unit is a light detection unit having a distance of 5 mm or more from the light irradiation unit. apparatus. 前記傾斜角は、10度から40度の範囲であることを特徴とする請求項1又は2記載の生体光計測装置。   The biological light measurement apparatus according to claim 1 or 2, wherein the inclination angle is in a range of 10 degrees to 40 degrees. 前記光は近赤外光であり、
前記複数の光検出ユニットの少なくとも一つに設けられ、光検出面と前記生体の表面との間に介在し、生体表面側の接触面積が光検出器側の開口面積よりも大きい複数の導光体をさらに具備すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の生体光計測装置。
The light is near infrared light;
A plurality of light guides provided in at least one of the plurality of light detection units, interposed between the light detection surface and the surface of the living body, and having a contact area on the living body surface side larger than an opening area on the light detector side Further comprising a body,
The biological light measurement device according to claim 1, wherein
前記複数の導光体の前記生体表面側の接触面積は、前記光照射ユニットからの距離が長くなるに従って大きくなることを特徴とする請求項4記載の生体光計測装置。   The living body light measurement device according to claim 4, wherein a contact area on the living body surface side of the plurality of light guides increases as a distance from the light irradiation unit increases. 前記複数の導光体は、前記光検出ユニットと光ファイバーを介して光学的に接続され、前記光ファイバーの開口よりも大きな開口を有することを特徴とする請求項4又は5記載の生体光計測装置。   The biological light measurement device according to claim 4, wherein the plurality of light guides are optically connected to the light detection unit via an optical fiber and have an opening larger than the opening of the optical fiber. 前記複数の導光体は、開き角が20度以上60度以下の円錐形状であることを特徴とする請求項4乃至6のうちいずれか一項記載の生体光計測装置。   The biological light measurement device according to any one of claims 4 to 6, wherein the plurality of light guides have a conical shape with an opening angle of 20 degrees or more and 60 degrees or less. 超音波送受信面から被検体に超音波を送信し、前記超音波送受信面を介して前記被検体内において反射された超音波を受信する超音波プローブと、
前記超音波送受信面の周囲において前記超音波送受信面の長手方向の中心軸を対称軸として異なる位置に配置され、前記被検体内で反射された光の強度を検出する複数の光検出部と、前記光照射ユニットの周囲の互いに異なる位置に配置され、少なくとも一つが前記光照射ユニットの中心軸に対して所定の傾斜角で傾斜する複数の光検出ユニットであって、それぞれ前記光照射ユニットから照射され前記生体内で拡散反射された光の強度を検出する複数の光検出ユニットと、を有する光プローブと、
前記超音波プローブによって受信された超音波を用いて超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記各光検出部において検出された光の強度に基づいて、前記被検体内において所定の光吸収係数を示す異常部位の位置及び大きさを計算する計算ユニットと、
前記異常部位の位置及び大きさが示された前記超音波画像を表示する表示ユニットと、
を具備する超音波診断装置。
An ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transmission / reception surface to the subject and receives ultrasonic waves reflected in the subject via the ultrasonic transmission / reception surface;
A plurality of light detection units that are arranged at different positions around the ultrasonic transmission / reception surface with the central axis in the longitudinal direction of the ultrasonic transmission / reception surface as a symmetry axis, and detect the intensity of the light reflected in the subject; A plurality of light detection units arranged at different positions around the light irradiation unit, at least one of which is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the central axis of the light irradiation unit, each irradiated from the light irradiation unit A plurality of light detection units for detecting the intensity of light diffusely reflected in the living body, and an optical probe,
An image generation unit that generates an ultrasonic image using ultrasonic waves received by the ultrasonic probe;
A calculation unit for calculating the position and size of an abnormal site showing a predetermined light absorption coefficient in the subject based on the intensity of light detected in each of the light detection units;
A display unit for displaying the ultrasonic image showing the position and size of the abnormal site;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
生体の表面に接触された光照射ユニットから前記表面に略垂直に光を照射し、
前記光照射ユニットの周囲の互いに異なる位置に配置され、少なくとも一つが前記光照射ユニットの中心軸に対して所定の傾斜角で傾斜する複数の光検出ユニットを用いて、前記光照射ユニットから照射され前記生体内で拡散反射された光の強度を検出し、
前記生体に対して前記近赤外光の反射光強度分布測定とは異なる検出手段から画像を取得し、
前記複数の光検出器及び画像取得器の信号から前記取得画像と前記光検出の位置との相対位置を算出すること、
を具備することを特徴とする生体光計測方法。
Irradiate light approximately perpendicularly to the surface from the light irradiation unit that is in contact with the surface of the living body,
The light irradiation unit is irradiated from the light irradiation unit using a plurality of light detection units which are arranged at different positions around the light irradiation unit and at least one of which is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the central axis of the light irradiation unit. Detecting the intensity of light diffusely reflected in the living body,
Obtain an image from a detection means different from the reflected light intensity distribution measurement of the near-infrared light for the living body,
Calculating a relative position between the acquired image and the position of the light detection from signals of the plurality of photodetectors and the image acquirer;
A biological light measurement method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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